《电厂钢结构厂房设计探讨.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电厂钢结构厂房设计探讨.doc（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电厂钢结构厂房设计探讨摘要：本文结合一个多层电厂厂房实例，分析探讨了大跨度钢结构设计的要点，供大家参考借鉴。关键词：电厂；大跨度；钢结构设计；探讨1 工程特点某电厂工程的四层钢结构厂房，柱网为 12m8.3m，层高 7m，结构空旷，基本无隔墙，楼面开孔很多，部分楼层没有铺板，为全房间洞口，楼面活荷载 8.0kPa，部分楼面还需考虑检修设备的堆载。在二层楼面上布置了几台大型设备，比较重，其余楼面上也有很多中小型设备，设备间以管道连接。整个厂房内设备和管道数量众多，楼面上需预留的孔洞相当多，给楼层平面布置造成了很多困难。该电厂厂房柱子的竖向荷载较大，最大的达到 3500kN，柱子全部采用焊接 H
2、型钢制作，框架梁与次梁大部分采用轧制 H型钢，仅二层支撑大型设备的几根框架梁采用焊接 H 型钢制作。楼面采用在压型钢板上浇筑混凝土形成的组合楼板。2 设计中的几个问题2.1 大型设备的布置厂房内大型设备的布置对确定柱网起着决定性的作用，同时也限制了支承梁的翼缘宽度。由于大型设备荷载大，重心高，而支撑点接近设备的底部，位于二层楼面，地震时会产生很大的倾覆力矩，对支承梁的受力非常不利。因此需要在设备的外围设置四根柱子，让四根柱子的中心线与设备的中心线重合，并尽量使支承梁与柱子直接连接成框架。这样布置传力直接，对于承受竖向荷载也非常有利。另外，在输入设备的荷载时，应该考虑由于地震产生的倾覆力矩而增加
3、的荷载。这部分荷载是计算机程序无法考虑的，需要人工加以干预。其他中小型设备也影响着结构布置，必须全面加以考虑。总之，在设计初期应该同工艺设备专业密切配合把柱网确定好。必要时请工艺专业适当调整设备的位置，以满足结构布置的需要。2.2 结构类型的选择对于钢结构厂房，通常采用的结构形式有三种。第一种为框架-支撑体系。即横向设计成刚接框架，柱子与框架梁为刚接；纵向设计成柱- 支撑体系，柱子与框架梁为铰接，用柱间支撑抵抗水平荷载。这种结构形式特别适用于纵向较长，横向较短的厂房，经济，省钢材。缺点是柱间支撑可能会影响使用。第二种为纯框架体系。把厂房纵横两个方向都设计成刚接框架，不设置柱间支撑。其优点是使用
4、空间不受影响，缺点是不宜采用工字型截面柱，宜采用两个方向惯性矩差别不大的截面形式，例如圆形或口形，这种柱子用钢量大且制作困难。第三种结构形式为钢架加支撑的混合体系，在厂房中用的也较多。它综合了前两种结构型式的优点，把纵向设计成钢架和支撑混合的型式，仅在厂房外侧设置柱间支撑，靠两者共同抵抗水平力。由于柱间支撑抵抗水平力的效果很好，减少了柱子的纵向弯矩，可采用工字型截面柱，但截面宽度较大。采用这种结构型式，需要有较大的楼层刚度，最好是采用钢筋混凝土楼面，以保证整体空间刚度，否则柱子间的变形不协调，无法充分发挥柱间支撑的作用。本厂房就采用了第三种结构型式，即钢架加支撑的混合体系，为了增加楼层刚度，在
5、厂房的每个楼层内均因地制宜地设置了横向和纵向的水平支撑。2.3 组合楼板对次梁的影响楼层平面梁格的布置主要受设备影响，并受到组合板跨高比限制，以防止板挠度过大而影响正常使用，让人产生不安全感。在考虑组合楼板对于梁的作用时，按钢结构设计规范有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止梁受压翼缘的侧向位移时，可不计算梁的整体稳定。2.4 结构内力分析的注意事项由于计算机技术在工程设计领域的应用，设计手段已经发生了天翻地覆的变化，应力分析的准确性大大提高了，绘制施工图的工作量大大降低了，设计人员可以把大部分的精力投入到制定方案和受力分析中，使设计出的构件经济合理。在设计该厂房时，采用了钢结构设计
6、软件 STS，配合 SATWE 程序，完成建立结构模型，输入荷载到空间整体受力分析和杆件截面验算。在内力分析时主要注意以下几点：网格生成平面简化。由于厂房的梁格布置复杂，在应用软件时完全按实际情况建立模型会产生大量的近节点，对分析结果不利。需要采用一些简化手段，但是不能与实际出入太大，否则就失去了计算的价值。利用柱间支撑简化立面网格。对于柱间支撑的作用，不能简单地看成是一种构造措施，必须把它作为一种受力杆件输入到结构模型中。因为支撑的刚度直接影响着厂房纵向的周期和水平位移，即它对厂房纵向抗侧移刚度的影响很大。柱间支撑对其两侧的柱脚会产生不利影响，在某些荷载组合中，柱脚锚栓会出现上拔力，柱脚剪力
7、也比其他柱脚增加很多。柱间支撑杆件模型的确定。厂房的柱间支撑多采用剪刀撑。可以设计成拉杆，也可以设计成压杆，根据需要选择。按拉杆设计时程序会给出强度验算不足的提示，这是由于程序无法把支撑处理成单拉杆所致。但是不会产生影响到结构空间受力分析的结果。设计者应该根据杆件的拉力用笔算的方法验算杆件强度，如果柱间支撑设计成压杆，可直接利用程序的验算结果。弹性楼板模型的确定。程序 SATWE 采用了更为先进的算法，可以在楼层约束作用不大的情况采用弹性楼板加以处理。本工程设计中由于楼层内设置了水平支撑，可以近似地采用楼层水平刚度无限大的假设，也可采用弹性楼板的处理方法，从程序计算的结果来看二者差别不大，说明
8、楼层内水平支撑的效果较好，可以协调柱的变形。2.5 节点设计节点设计的原则首先是安全，其次是经济，并且应该与施工安装水平相一致。在厂房中最重要的节点是框架梁与柱的连接节点。按连接的转动刚度和连接构造之间的关系划分为刚性连接，柔性连接和半刚性连接。目前用的最多的节点是刚性连接和柔性连接，半刚性连接使用的较少。对于节点的安全性，通常包含强度和延性两个方面。延性好的节点在地震作用下的变形能力强，不会发生脆性破坏，是一种理想的节点形式。半刚性连接节点，尚没有适当的计算模型，应用受到了限制。柔性连接能传递轴力、剪力和很小的弯矩，可以近似看成是铰接。刚性连接节点大体上有三种类型：全焊接连接、栓焊混合连接和
9、全螺栓连接。全焊接连接的节点，梁的翼缘和腹板全部采用焊缝连接在柱子上。通常情况下，翼缘须采用开剖口的熔透焊缝连接，腹板可以采用开剖口的熔透焊缝，也可以采用角焊缝连接。这种节点的优点是强度高，节省材料，成本低，缺点是现场焊接量大，高空施焊条件不好时对质量影响较大；栓焊混合连接节点的翼缘采用熔透焊缝连接，腹板采用高强螺栓连接。这种节点与全焊接节点的特性相似，缺点是前期制作量较大，用的材料较多，成本较高；全螺栓连接节点，梁的翼缘和腹板全部采用高强螺栓连接。这种节点延性好，适合化生产，现场焊接少，缺点是成本高，前期制作量大。目前这种节点在框架中用的不多。2.6 应用轧制H 型钢的注意事项应用轧制 H 型钢，可以大大减轻构件制作的工作量，加快了施工进度。但是它也有其不利的一面。首先我国的轧制 H 型钢板件厚度比较薄，不适合做厂房的柱子因为厂房柱子轴力大，往往需要翼缘和腹板有较大的厚度，而截面尺寸不能过大；另外，轧制 H 型钢的拼接为全截面拼接，存在不安全因素，受工期限制，不可能都采用定尺型钢，造成材料利用率不高，接头数量多，并且需要严格控制拼接的位置。参考文献：1 于永修.大跨空间结构的分类及发展特征J.科技信息(科学教研)，2009，（01）.2 田安国，刘钊，吕志涛.预应力纤维布张拉锚固技术及其设计理论研究J.工业建筑，2008，（12）5